錯縫式單元幕墻結構受力淺析

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　　摘要： 本文對錯縫式單元幕墻的插接位置受力不均勻性進行分析，并結合在建項目對錯縫式單元幕墻橫梁的局部連接設計思路和方案進行了剖析，以供幕墻行業內的工程技術人員探討或借鑒。

　　關鍵詞：錯縫，不均勻性，單元式幕墻;

　　1、引言

　　工程案例中錯縫式單元幕墻常見的有三種情況，標準單元立柱錯縫(圖1)，帶中立柱形式一錯縫(圖3)，帶中立柱形式二錯縫(圖10)，本文分別對以上三種錯縫形式進行受力分析(為方便受力模型簡化，本次受力分析過程時，忽略板塊自身層間玻璃對連接處支反力的影響)。

　　2、錯縫式單元幕墻橫梁連接受力不均勻性設計解析

　　2.1 帶中立柱形式一錯縫分析

　　板塊錯縫樣式(圖1)，標準單元板塊A、板塊B的單元陰陽料通過水槽料插接在標準下單元板塊C、板塊D、板塊E的上橫梁上，上單元的插接受力點落在下單元上橫梁位置，板塊傳力清晰，對力學模型進行簡化分析如下。

　　節點A、節點B反力受到荷載偏心影響與作用位置的距離成反比關系，連接處節點設計時應選取最不利荷載進行受力分析，根據計算結果對連接節點A、節點B采取不同的連接措施。

　　2.2 帶中立柱形式一錯縫分析

　　板塊錯縫樣式(圖3)，單元板塊A、板塊B的單元陰陽料及中立柱兩者通過水槽料分別插接在標準下單元板塊C、板塊D、板塊E的上橫梁上，上單元的插接受力點落在下單元上橫梁位置(形式一)，板塊傳力清晰，對力學模型進行簡化分析如下。

　　帶中立柱形式一錯縫上橫梁連接受力簡圖(圖4)，荷載作用點距支座距離可變，且a1

　　此時單元上橫梁受力模型變成超靜定體系，受力分析較復雜，以下根據《機械設計手冊》中雙跨梁受力公式(圖5、圖6、圖7、圖8)及按同等條件下的幾組有限元模型計算結果進行對比印證。

　　根據幾組計算數據分析(圖9)，簡化公式計算值比有限元模型反力值偏大+1.7%~+6.4%左右，兩者偏差較小，可以認為兩者計算的上橫梁連接反力是可相互印證的，設計過程中可按計算出的節點反力對連接節點O、節點B、節點D位置采取不同的連接措施。

　　2.3 帶中立柱形式二錯縫分析

　　板塊錯縫樣式(圖10)，單元板塊A、板塊B的單元陰陽料及中立柱兩者通過水槽料分別插接在標準下單元板塊C、板塊D、板塊E的上橫梁上，上單元的插接受力點落在下單元上橫梁位置(形式二)，板塊傳力清晰，對力學模型進行簡化分析如下。

　　帶中立柱形式二錯縫上橫梁受力簡圖(圖11)，荷載作用點距支座距離可變，且a1>L1;

　　單元上橫梁受力模型也是超靜定體系，根據《機械設計手冊》中雙跨梁受力公式計算出的反力結果，與同等條件下的幾組有限元模型計算結果對比印證(圖12)發現，兩者計算結果偏差較大，可知當a1>L1后，不能直接套用公式。

　　此時我們可以根據疊加原理將形式二錯縫受力簡圖拆分計算(圖13),將P1、P2分別進行計算并疊加求出雙跨梁連接位置反力，并與同等條件下有限元模型結果進行對比驗證，如下分析：

　　據圖5、圖6、圖7、圖8中公式，令其中一個荷載自變量為0，可對公式進行簡化，

　　對圖13中(a)有：

　　分別與同等條件下的有限元模型計算結果對比印證，簡化后(圖14、圖15)及疊加后(圖16)。

　　經過計算數據對比，發現簡化公式計算值相較于有限元模型反力值偏大+1.7%~+9.3%左右，兩者偏差較小，設計過程中可按疊加法公式①、②、③、④計算出形式二錯縫的節點反力，并對連接位置采取不同的連接措施。

　　3、錯縫式單元幕墻橫梁連接受力不均勻性方案選擇

　　錯縫式單元幕墻荷載受偏心影響連接節點集中力變化區間較大，以下列出幾種橫梁連接方案供參考(圖17、圖18)：

　　4、結語

　　現今建筑的外立面效果豐富多樣，幕墻結構的受力也顯現復雜化，本文通過對錯縫式單元幕墻橫梁連接設計剖析，總結一些體會與大家分享，希望給大家帶來參考價值：

　　1、在錯縫式幕墻設計初期應，整體性考慮錯縫式效果，合理的布置錯縫位置。

　　2、復雜受力體系分析時，盡量簡化受力體系，并對計算數據結果進行驗證。

　　參考文獻

　　[1] 姚諫，董石麟.建筑結構靜力計算實用手冊.中國建筑工業出版社.2014

　　[2] 數字化手冊編委會.機械設計手冊.化學工業出版社.2008

作者單位：深圳市方大建科集團有限公司